News archive of 2022

Die Quantenphysik wird alle Probleme der Menschheit lösen – es gibt einige Wissenschaftler, die diese Auffassung vertreten. Kann sie das wirklich? Dieser Frage geht Prof. Dr. Carsten Schuck vom Physikalischen Institut der Universität Münster im neuen Podcast nach. Er beschreibt beispielsweise, was hinter der Quantentechnologie steckt und welche Möglichkeiten sich daraus ergeben. „Viele Technologien, die wir heute bereits nutzen – beispielsweise Sensoren –, beruhen auf Quanteneigenschaften. Damit können wir allerdings nur einen kleinen Teil unserer Probleme lösen“, betont der Physiker.

Die Nordrhein-Westfälische Akademie der Wissenschaften und der Künste hat die Germanistin Dr. Joana van de Löcht und den Physiker Dr. Thorsten Deilmann von der Westfälischen Wilhelms-Universität (WWU) Münster als neue Mitglieder in das Junge Kolleg aufgenommen. Landesweit ernannte die Akademie 17 neue Kollegiaten, die jeweils ein jährliches Stipendium von 10.000 Euro erhalten.

A team of German and Spanish researchers from Valencia, Münster, Augsburg, Berlin and Munich have succeeded in controlling individual light quanta to an extremely high degree of precision. In the “Nature Communications” journal, the researchers report how, by means of a soundwave, they switch individual photons on a chip back and forth between two outputs at gigahertz frequencies. This method, demonstrated here for the first time, can now be used for acoustic quantum technologies or complex integrated photonic networks.

Dr. Alexander Pusch und Nils Haverkamp vom Institut für Didaktik für Physik der Universität Münster bringen Lehramtsstudierenden bei, wie 3D-Druck funktioniert und wie man diese Technik im Unterricht einsetzen kann. Dazu haben die beiden nun ein Lehrbuch veröffentlicht. Im Interview mit Christina Hoppenbrock erklärt Alexander Pusch, weshalb der moderne naturwissenschaftliche Unterricht ohne 3D-Druck kaum auskommt.

 

Using the neutrino detector “IceCube”, an international team of researchers has for the first time found indications of high-energy neutrinos originating from an active galaxy in the Cetus (‘whale’) constellation. This galaxy is designated as Messier 77 (also known as NGC 1068) and is altogether one of the best studied galaxies. It is approximately 47 million light years away from the Earth and can be observed by means of strong binoculars. Messier 77 was discovered in 1780. The term “active” galaxy refers to the galaxy’s nucleus, which contains a black hole that accumulates an especially large amount of mass, making the galaxy shine extremely brightly. “In demonstrating the existence of the neutrinos, the ‘IceCube’ team gained insights into the interior of an active galaxy for the first time,” says Prof. Alexander Kappes, underlining the importance of the study published in the “Science” journal. “What is interesting is that the observations point to a class of high-energy objects in the universe which high-energy photons (gamma rays) find it difficult to escape from. Future detectors with even higher sensitivity such as the ‘IceCube Gen2 Observatory’ will be able to detect a whole lot more of these sources,” Kappes explains.

Die Volksrepublik China hat Prof. Dr. Harald Fuchs, Seniorprofessor am Physikalischen Institut der Universität Münster und wissenschaftlicher Leiter des münsterschen Center for NanoTechnology (CeNTech), den „International Cooperation Award for Science and Technology“ verliehen. Es ist die höchste Auszeichnung, die China an Wissenschaftler für eine langjährige und erfolgreiche Kooperation mit chinesischen Wissenschaftlern vergibt. Sie ist pro Jahr auf jeweils zehn Personen weltweit beschränkt. Der Preis existiert seit 1994. Seither wurde er erst 19 Mal an deutsche Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler vergeben.

Wer etwas über Gravitationswellen, Galaxien und Antimaterie erfahren möchte, der ist beim 23. Astroseminar am 30. September (Freitag) und 1. Oktober (Samstag) an der Universität Münster genau richtig. Expertinnen und Experten beleuchten in Vorträgen im Hörsaal HS 1 an der Wilhelm-Klemm-Straße 10 allgemeinverständlich aktuelle Ergebnisse, Experimente und offene Fragen der Astrophysik. Interessierte erfahren, was sich alles in den unendlichen Weiten des Alls tummelt: von winzigen Neutrinos bis zur gigantischen Galaxie. Unter anderem gehtes um die Frage, was man durch den Blick auf Neutrinos und andere kosmische Boten über den Weltraum lernen kann. Forscherinnen und Forscher der Universität Münster geben Einblicke in ihre Labore und in aktuelle Experimente.

Controlling the spin of electrons opens up future scenarios for applications in spin-based electronics (spintronics), for example in data processing. It also presents new opportunities for controlling the selectivity and efficiency of chemical reactions. Researchers recently presented first successes with the example of water splitting for producing “green” hydrogen and oxygen. A joint project involving working groups from the Center for Soft Nanoscience at the University of Münster and from the Institute of Chemistry at the University of Pittsburgh (Pennsylvania, USA; Prof. David Waldeck) now have the task of advancing the systematic development of spin-selective catalyst materials.

Fuel cells convert chemical reaction energy into electric power and heat. They are used, for example for the development of electric vehicles, in aviation and aeronautics or for sustainable energy supplies. During the conversion of energy, the catalytic reduction of oxygen plays an important role. Therefore, the development of efficient, inexpensive catalysts is extremely important. Researchers at the University of Münster have now made progress in the research field of single-atom catalysts. Together with colleagues at the Max Planck Institute of Colloids and Interfaces in Potsdam and at the University of Paderborn, they have developed a method which combines the atomic-scale characterisation directly with the electrochemical properties in the reduction of oxygen. In the future, this method will allow to design customised catalysts with an even higher efficiency. The results of the study have now been published in the journal ACS Nano.

Less bureaucracy, stronger focus on scientific cooperation: This week, a delegation from the University of Münster travelled to Enschede to sign a joint doctoral agreement with the University of Twente. From now on, administrative hurdles have been removed for the Faculties of Physics as well as Chemistry and Pharmacy and the procedure for joint doctoral training has been simplified. This means that legal and organisational framework conditions no longer have to be renegotiated again and again for all doctoral students, as was previously the case. "In addition to the administrative advantages, the joint training of excellent young researchers enables us to strengthen scientific cooperation between our universities," emphasises Rector Prof. Dr. Johannes Wessels.

Für ihre herausragende Masterarbeit zur Untersuchung von Charmoniumzerfällen und der Suche nach exotischen Teilchenzuständen an einem Elektron-Positron-Collider hat Anja Brüggemann den mit 1.500 Euro dotierten „Infineon-Master-Award“ erhalten – den Preis verleiht der Fachbereich Physik der Universität Münster mit der Infineon Technologies AG. „Anja Brüggemanns Arbeit, ihre komplexen Analysemethoden und ihre Ergebnisse gehen weit über das Maß einer Masterarbeit hinaus – sie hat eher das Format einer Doktorarbeit“, betont Prof. Dr. Alfons Khoukaz vom Institut für Kernphysik, in dessen Arbeitsgruppe die Masterarbeit angefertigt wurde. Ihre Resultate seien für das hochaktuelle Forschungsgebiet zur Suche und Untersuchung exotischer Teilchenzustände in der Hadronenphysik von großer Relevanz, insbesondere um die bisher noch unverstandene Struktur spezieller Teilchenzustände zu entschlüsseln.

Molecular machines control a sizeable number of fundamental processes in nature. Embedded in a cellular environment, these processes play a central role in the intracellular and intercellular transportation of molecules, as well as in muscle contraction in humans and animals. In order for the entire organism to function, a well-defined orientation and arrangement of the molecular machines is essential. For example, the specific embedding of motor proteins – which form a class of biomolecular machines – enable a dynamic interaction to take place among the countless proteins. As a result, movement at the molecular level is amplified and transferred through various magnitudes up to the macroscopic level.

Vor zehn Jahren, am 4. Juli 2012, ging eine spektakuläre Nachricht um die Welt: Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Teilchenbeschleunigers LHC am Kernforschungszentrum CERN bei Genf gaben die Entdeckung des Higgs-Bosons, auch Higgs-Teilchen genannt, bekannt. Physiker Prof. Dr. Michael Klasen erinnert sich im Interview mit Christina Hoppenbrock an die sensationelle Entdeckung.

Quantum technologies are a seminal field of research, especially in relation to their application in communication and computing. In particular, the so-called single-photon emitters – materials that emit single light quanta in quick sequence – are an important building block for such applications. Photons are an excellent means of transmitting data in a fast and secure manner. However, it is necessary to have a sound physical understanding of the structure of the single-photon emitter and how to control them. Therefore, a team of physicists from the University of Münster in Germany and Wrocław University of Science and Technology (Wrocław Tech) in Poland has undertaken the first systematic study of the ultrafast control of single-photon emitters in the two-dimensional material ‘hexagonal boron nitride’ (hBN) using laser pulses. Here, ‘ultrafast’ means faster than one picosecond, which is one-trillionth of a second. The work has been published in the journal ‘Optica’.

Biochemist Prof. Lydia Sorokin and particle physicist Prof. Christian Weinheimer from the University of Münster have each received one of the coveted Advanced Grants awarded by the European Research Council (ERC). The grants, together totalling almost six million euros, enable the recipients to realise outstanding research projects. “The grants are not only in recognition of the researchers’ achievements but also clear evidence of the top-level research being carried out at the University of Münster,” says Rector Prof. Johannes Wessels. “However, such top-level research is not possible without talented junior researchers. The funding helps young scientists to actively shape this research and push it forward, for example, by financing PhD students and post-docs aiming at an academic career.”

Nach der erfolgreichen ersten Ausgabe von "Physik zur Mittagszeit" im Jahr 2018 bietet der Fachbereich Physik der Universität Münster in diesem Sommer wieder eine Vorlesungsreihe für die Öffentlichkeit an. Samstags ab 12 Uhr geben Physik-Professorinnen und -Professoren im Hörsaal F2 des Fürstenberghauses (Domplatz 20-22) anschauliche Erklärungen zu Physik-Nobelpreisen der vergangenen Jahre und Einblicke in ihre Forschung.

Eine besondere Experimentiererfahrung für Schülerinnen und Schüler bietet das Institut für Didaktik der Physik der Universität Münster an: Jugendliche der gymnasialen Oberstufe können „Mixed-Reality“-Experimente aus dem Themenbereich der Optik erproben. Ein hochmodernes Headset sorgt dabei für den Durchblick und zeigt interaktiv und in Echtzeit, wie Experiment und theoretische Modellierung zusammenhängen. Aktuell stehen noch freie Plätze zur Verfügung, um diese neue Art des Experimentierens auszuprobieren und an einer didaktischen Begleitstudie teilzunehmen. Das Institut für Didaktik der Physik lädt interessierte Jugendliche ein, sich per E-Mail an idp@uni-muenster.de anzumelden. Weitere Informationen für Schüler und Lehrkräfte finden sich unter www.physikkommunizieren.de/sek-ii/hololens.

Die physikalische Grundlagenforschung tritt in eine neue Ära der Erforschung von Kernmaterie ein, angetrieben durch Präzisionsdaten von Teilchenbeschleunigern. Vor diesem Hintergrund gibt der Teilchenphysiker Prof. Fredrick Olness von der Southern Methodist University in Dallas (USA) am 7. April (Donnerstag) beim Allgemeinen Physikalischen Kolloquium der Universität Münster Einblicke in das „nCTEQ-Projekt“. Dieses Forschungsvorhaben nutzt moderne Methoden der Quantenchromodynamik, die beschreibt, wie die Bausteine von Atomkernen miteinander in Wechselwirkungen treten. Für die Berechnungen sind leistungsstarke Computersysteme nötig, um die Datensätze mithilfe künstlicher Intelligenz umfassend zu analysieren. Der Vortrag mit dem Titel „Das nCTEQ-Projekt: Entschlüsselung des fundamentalen Charakters der starken Wechselwirkung“ findet ab 16.15 Uhr im Hörsaal (HS) 2 im Gebäude IG 1, Wilhelm-Klemm-Straße 10 statt. Die Vortragssprache ist Englisch, Interessierte sind willkommen.

Die nordrhein-westfälische Landesregierung unterstützt den Forschungsverbund NRW-FAIR mit rund 16,5 Millionen Euro für vier Jahre. Das Netzwerk von Teilchenphysikerinnen und -physikern gestaltet die Arbeit am „Facility for Antiproton and Ion Research“ (FAIR) in Darmstadt maßgeblich mit und bereitet zwei Großexperimente an dieser neuen Teilchenbeschleunigeranlage vor, die 2026 an den Start gehen soll. Die Universität Münster ist einer von fünf geförderten Standorten des Netzwerks.

Der Physiker Dr. Christian Schwermann hat für seine herausragende Doktorarbeit an der Universität Münster den mit 2.500 Euro dotierten Infineon-Promotionspreis 2022 erhalten. In Zusammenarbeit mit den Arbeitsgruppen von Prof. Dr. Harald Fuchs vom Physikalischen Institut und Prof. Dr. Frank Glorius vom Organisch-Chemischen Institut entwickelte der Physiker aus der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Nikos Doltsinis am Institut für Festkörpertheorie molekulare Nanomotoren auf der Grundlage skalenübergreifender Computersimulationen. Der Infineon-Promotionspreis wird jährlich vom Fachbereich Physik der Universität Münster und der Infineon AG vergeben.

Microscopically tiny nanomachines which move like submarines with their own propulsion – for example in the human body, where they transport active agents and release them at a target: What sounds like science fiction has, over the past 20 years, become an ever more rapidly growing field of research. However, most of the particles developed so far only function in the laboratory. Propulsion, for example, is a hurdle. Some particles have to be supplied with energy in the form of light, others use chemical propulsions which release toxic substances. Neither of these can be considered for any application in the body. A solution to the problem could be acoustically propelled particles. Johannes Voß and Prof. Raphael Wittkowski from the Institute of Theoretical Physics and the Center for Soft Nanoscience at the University of Münster have now found answers to central questions which had previously stood in the way of applying acoustic propulsion. The results have been published in the journal “ACS Nano”.

Um Forschungseinrichtungen in Nordrhein-Westfalen auf dem Gebiet der Quantentechnologien zu vernetzen und Expertise zu bündeln, haben sich mehr als ein Dutzend Standorte zum Quantencomputing-Netzwerk „EIN Quantum NRW“ zusammengeschlossen. Die Abkürzung „EIN“ steht für Education, Innovation und Networking. Zu den Gründungspartnern gehört die Universität Münster. Ziele sind unter anderem, die Sichtbarkeit des Quantenstandorts NRW zu verbessern und Grundlagenforschung mit Großunternehmen und Start-ups zusammenzubringen, um den Technologietransfer zu unterstützen. Auch die Ausbildung soll um interdisziplinäre Konzepte erweitert und auf Landesebene vernetzt werden, um dem zunehmenden Fachkräftemangel in der Quantentechnologie zu begegnen. „Ich bin fest davon überzeugt, dass das Netzwerk eine einmalige Chance darstellt, um diese Technologie zu stärken. Der Universität Münster ist es dabei ein besonderes Anliegen, die Lehre auf diesem Feld zu stärken und Studierende und Doktoranden für diesen Bereich zu gewinnen“, unterstreicht Rektor Prof. Dr. Johannes Wessels.

Das internationale KArlsruhe TRItium Neutrino Experiment (KATRIN) am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) hat eine wichtige Barriere in der Neutrinophysik mit Relevanz für die Teilchenphysik und Kosmologie durchbrochen. Aus den aktuell in der Fachzeitschrift Nature Physics veröffentlichten Daten lässt sich eine Obergrenze von 0,8 Elektronenvolt (eV) für die Masse des Neutrinos ableiten. Diese Ergebnisse ermöglichten es dem KATRIN-Forscherteam, die Masse dieser „Leichtgewichte des Universums“ mit bisher unerreichter Präzision einzugrenzen.

Ein Team vom Physikalischen Institut der Universität Münster war bei der Großgeräteinitiative „Quantenkommunikation“ (QCDE) der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) erfolgreich: Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler erhalten ein „Millikelvin-Mikrowellen-Photonik-Messsystem“, mit dem Bauelemente für die Quantenkommunikation untersucht werden sollen. Die DFG stellt hierfür rund 2,7 Millionen Euro zur Verfügung. Die Quantenkommunikation gilt als eine der Schlüsseltechnologien der Zukunft, bei der Informationen durch einzelne Lichtquanten, sogenannte Photonen, übertragen werden. Diese Art der Datenübertragung ist nicht nur schnell, sondern vor allem besonders abhörsicher.